非破壊検査による溶接品質の管理

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非破壌検査による溶接品質の管理

Quality

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Nondestructive

Testing

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ToInOtaka Umino Itsubiko Sejima

内

容

梗

概

昨今柄接技術の進歩は著しいが,さらに非破壊検査による品質管理を有機的に導入することにより,急速に 溶接部の■朴矧句_Lを推進することができる｡木報では非破壊検査による溶接品質の管理法と,この結果による ⊥与i偶の脈移を実例に基づいて述べ,あわせて十分な管理態勢が確立された後においては顕著な溶接ぷ眉の向上 が見られることを明らかにした｡

1.緒

□ 昨今における才割安技術の発か引よ著しく,あらゆる瓢?】分野に溶接 構造が採用されているといっても過言でない｡一方高信鮫皮を要求 される溶接部も,過去においてはボイラドラムなどの圧力容諸賢を対 象とする単純な突合せ継手が主体であったが,現在では一例として 機械肌甘1の溶接隅造物をとりあげても回転部などの比て力線返し称耳 を受けるような一般柄造物捌妾も加わり継手の形状も多種に.わたっ ている｡ これらのi容接矧■.l-.の-■hぼ王を維持,向上させるためにほ,了設計,原 料,管耶,製造,検￣在の各技術陣の緊縛なチームワーークを保つこと が1く可火な要素であるが,柄接i祁のふ一層は特別な検禿手段をr肌､な いと確認できない特矧生をもっているので,この点に江l二1しなくて はならない｡ R〕∵製作所においてほ,これに対処Lて,近てi礪′古井似央快作法 の一般技術の榊碓,および管仰の確､■/二にウリ+な屯卜1,すでに一触的 な1当り二!柑三,特殊継｢に叶㌻▲る油川はなども数多くのJjご例からナノ上止, t尖ノ施している｡ 以￣F,これらのノノ別別人拭お上びJ太地純米に/′)いてその概要を輔介 する｡

2.溶接部非破壊検査法

2.1各非破壊検査法の特長 溶接部の欠陥検知を主[1的として汎用される非破壊検髭法は,そ の種類としては一般賂■i∼,に使用される検在法と大差なく,放射線検 査,超音波探傷,磁粉探似,浸透探傷などで,これらの溶接部検査 に対する特色を十分掌握して適正な検査法を選択し,必要に応じて はこれらを組み合わせて適用することが重要な点である｡ そこで,まず各検査法の特長について簡上削こ述べる｡ 2.1,1放射線検査法 非破壊検査の主力として,一掛こ放射線透過法が利用される｡ 線源にはⅩ線または放射性同位元素を用い,材料内部を透過して フイルムあるいは蛍光板上に欠陥像を見るもので,検査の結果比 較的明確に欠陥の大きさ,種類などの判別ができるため信煩性が 高い反面,検査能率が悪い,被検部の厚さにより適用限界がある などの欠点も持っている｡欠陥の検知感度について特に注意しな くてはならない点は,ブローホール,スラグなど比較的に立体的 な空間を占める形状の欠陥は検知しやすいが,き裂のような平面 的な欠陥は放射線の透過方向がよほど適切でない限F)明確に検知 しがたい｡第1図は1,000kV X線装置による溶接部のⅩ線検査 状況の一例を示す｡ 日立製作所日立工場 第1図1,0001くⅤⅩ線装置による溶接部放射線侠宜 第2図 垂虻探傷法によるT継手部の超音波探傷 2.】.2 _{超音波探傷法} 通常インパルス反射法が適用される｡超音波を表面より材料中 に入射し欠陥からの反射波をブラウン管上に表示させる方法で, 検査部の厚さに制限なく適用できる,操作が簡便で能率的であ る｡音波くさびを用いることにより任意の方向に入射し得る,材 料深部の欠陥も高感度で検知し得るなど利点の多い反面,表面近 くの欠陥の検知が不可能であることおよび欠陥の形状,大きさな どの判別が明確にできない欠点がある｡弟2図は垂直探傷法によ るT継手部の超音波探傷の一例を示す｡ 2.】.3 _{磁籾探傷法} 検査対象が強磁性体の場合,被検部を磁化すると,欠陥部付近 の磁界が局部的にひずみこのため表面近くの空間に漏えい磁界を 生ずる｡この状態で材料表面に磁性体粉末を散布すると欠陥個所 に集中付着し容易に欠陥を検知することができる｡弟3図は溶接 部の磁粉探傷の一例を示すが,この方法によると,初層溶接部に ょく現われる拘束割れなど製品として致命的な欠陥が確実かつ能 率的に検知できるため非常に広汎に利用される｡しかし欠陥の検

書J

超￣汁液 ′/■′

＼フイルム

抑郎i々￣i淵∴r一男担 第6図 初層に裏披溶は,不活性ガス溶接などを 用いたけ側聞先突合せ継手 第3囲 溶 接 部 磁 粉 探 傷 (∈∈) 叫畔古ぃ刊窪ぶへ∵三悪¶ 7亡ト.ソIFil川1与300mm 1,000 2.肘() 3.POO 4,00O l:く化ノーにこ与二:ノl.二･ 5.000 第4周 磁粉探傷による火口"1抹悔･り臆な探さのl苛そ界 ⊂================:====:=守 ､フィノLム 節5図 単純な突 合 せ _継手 知限界は表面近傍に限られる｡第4図は欠陥探傷の可能な深さの 限界の一例を示したものである｡ 2.1.4 浸 透 採 傷 微細な表面傷に浸透性の高い労壬光または有色色素を浸透させ, 吸湿性の現像料で現像したうえで,紫外線または肉眼で検査する 方法で作業が簡便でJム範凹如こ利用できるが,あくまで表面に発生 した欠陥以外は検知の対象とはならない｡ 2.2 _{各検査法の迭訳,組合せ適用法} 以上述べたように各検査法にそれぞれ長所,短所を右するため継 手形状および品質の要求度に応じて検査の選択適用が必要となる｡ 以下に代表的な継手形状に応じた検査の適用について検討してみる ことにする｡ 2.2.1単純な突合せ継手 弟5図に示すように,Ⅹ形またはH形開先で,襲はつりを行な うが括弧溶接などで完全溶込み溶接を行なった場合は,国中に示 すように放射線検査,超音波探傷とも通用口一能である｡この種の 継手では放射線検査の特長が十分発揮できるので最も信板度の高 い検査法といえる｡超音波探傷法による場合は放射線判定でJIS l∼3級に分類される欠陥の範囲では欠陥反射波の大きさにあま り有意差を生じないので,大形欠陥検知を対象として能率的な検 第7図 未溶着部を残す突合せ継手 放射線 りト州に発牛したクラック 超音波 第8図 丁形突合せ継手で母材側に発生する ほく離性のき裂 査を行なう場合,または超音波探傷で発見した欠陥部を放射線検 束で再判定するなど,能率向上を主とした適用を考えるのが望ま い､｡また裏はつり部に浸透探傷法を適用したり,表面層の磁粉 探傷を適用することも,特に高品質を要求される継手以外では大 形欠陥を検知する手段として能率的である｡ 葬る図に示すように,Ⅴ形またはU形の閃光で初層部を顛披溶 接,不耐生ガス溶接またはガス添接などの方法で完全に裏側溶込 みを図る場合も前述の例とほとんど変わF)はないが,超音波探傷 法を適用することは初層突起部の影響で欠陥の判別能力が著しく 低下するためあまり望ましくない｡ 弟7図に示すように,末溶着部を残す溶接の場合,放射線検査 で像を見ることほ可能であるが,溶接部のブローポールなどより 末溶着部先端のノッチ効果のはうが強度を低下する大きな要素に なる場合が多いこと,また末溶着部先端の溶け込み状況が明確に 判定しがたいことなどから,放射線検査を適用してもあまり利益 のない場合が多い｡超音波探傷法でも,末溶着部からの反射波と 欠陥反射波の判別が困難な場合が多くあまり効果は禦まれない｡ この種の継手については表面の磁粉探傷を適用するにとどまるの が実際的である｡ 2.2.2 丁 _{稚 手} 第8図に示すように,K形または両面J形開先で内部に末溶着

非

破

壊

検

査

に よ る

_溶

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_理 1289 A 亀裂

＼

欠陥 ヒ当 Aの位置から斜角探傷法で初僧都の欠 _{Bの位毘から重荷探傷で母材巾に発生} 陥を検知した例 _{Lたき裂を検知した例} 第9図 超音披探傷法によるT突合せ継手の探傷例 (探傷図形中Fと記してある波形が欠陥反射波である) 砥粉才芸†旨

/＼

第10図 _{不溶着部を残すT継手} 部を残さない継手について放射線検査を行なう場令は,国中に示 すように溶接部を垂跡こ透過するか,斜めに2方向から透過する かのいずれかの方法が考えられるが,この種の継手丁創立の場什, 使用材料のカ向性から,f糾別￣一にフランヂ側のJこJ材にはく離性の 杓二り‡き多望を光勺ミする危険性が高い∩_{この種の火陥ほ溶茄鋼内に二JJ･二} 存するブローホール,スラグなどよりはさらに榊妾継手の強度を 低下せL〟)る要素となる｡L瑠より判晰できるように,前記の放射 線透過力巾｢ごほこの種のき矧三明確に検知することができない｡ そこでこの種の継手については国中に示すように,ウェブまたは フランジ側より超音波探傷を行なうのが適切である｡ただし超音 波探傷を適用しても表面付近の欠陥の分離,検知は困難であるか ら磁粉探侮法を併用することが望ましい｡弟9図は斜角探傷法に より溶着金属内の欠陥を,また垂直探傷により日付のき裂を探知 した場合の波形の一例である｡

弟10図に示すように,末溶着部を残すT継手に対しては前に

単純突合せ継手の項に述べたと同様に継手強度低下に最も頗著な 影響を与える表面層のき裂性の欠陥検知を主対象として,磁粉探 傷法を適用するのが実際的で有効な手段である｡以上述べた基本 的手段を組み合わせて実際の製品に適用する場合はさらに複雑な 第1表 継手形状に合致した検査法の選択 非破壊検二在の純美点 放射線検誰 超許波探悔 磁粉探侮 継手の形状 単純な突合せ継手

④

(可)

Ⅴ開き突合せ継手

伝)

や､不適

き

末溶邪を残す継手 不適 不適

(∋

f

TJじ突合せ純子 不遇

④ ④

i

く

対岸淀川;を残す 1､継手 不池 不遇

伝)

要素があり,一概に結論づけることはできないが,以上の事項を 集約して,一般的に各継手形状別に弟1表(2)に示す検査を適用す るのが望ましい｡

3.非破壊検査の運営

以上非破壊検査の適用方法について概略を述べたが,前述のよう に溶接11f】質の維持,向上には関係部門の緊符な連携が必要である｡ この観点から非破壊検査も関係部門と直結した綿密な事前計画,検 禿の実施,フォローアップ,資料の集約,関係部門へのデータのフ ィードバックなど一貫した活動を行なう必要がある｡第11図はこ の関係をフローチャートとして示したものである｡ 一般に製作前に作業計画が練られると同様に,検査の事前計画も 必要である｡設計上要求される強度に応じた適切な検査法を計画す ること,特に現状では,製品および継手の形状によっては,確実な 非破壊検査の適用が困難な場合があるので,この点,常に設計者と 緊密な連綿を保って主旨の統一を図らねばならない｡また,検査を 作濃￣1二秒一卜にオナ機的に組み入れホ効な管月旦を図る必要がある｡ このため,設計,検魔法の既準化を図るとともに,筆弟らは弟12 図に示すような管理票を作成,う臼ウニケしている｡この管理票は特に次 の山に留正して迎即される｡ 設 (構造上の設計改善要望事項) (検査結果の集計的アクション) 計 作業計画 溶 (溶接結果の即応的な確認) 非破壊検奄 (検査適札溶接部形状などの意見) 検査計画 (集計結果の検討) 第11図 非破壊検査運営のフローチャート

(1)製品の特性により,最も適確な検査の組み合わ せを事前に十分検討すること｡ (2)検査工程が作業工程途上に最も有機的に組み入 れられ,作業同様十分な工程管理ができること｡ (3)計画された検査項目が,漏れなく実施されたこ とを確実には提すること｡ (4)工程途上において発見された事故は処理記録と ともに確実に分類整理され,関係部門の対策資料とし てすみやかにフィードバックすること｡ などである｡

4.非破壊検査結果の集約

溶接作業は,工作機械による切削作業などと異なり, その作業結果は往々にして作業施工者白身で直ちに確認 できない欠点があり,他から指摘されて気付くような場 合が多いのでこの点悪いいい方をすれば作業改善意欲に 対する刺激が少なく,技術改善の進歩が遅れる一因とな る｡この欠点を補い,この盲点を打開するための一手段 として前述のように溶接部に対する非破壊検査の適用, 運営などにより該当個所の溶接品質の保証ができるとと もに,これが溶接技術改善への糸口となることを見落し てはならない｡非破壊検査を実施すること自体,改善へ の刺激となるが,さらに一歩進めて,検査結果が直ちに

溶接改善の指針となるような資料を提供することが必要

である｡また,これらの結果を統計的に集約して,溶接

部品質の推移から要点をは挺して改善対策を実施するこ

とが望ましい｡ ん1非破壊検査結果の集約法 溶接品質を統計的に表示するため,その基礎となる品 質を定量的に求めた例はあまり見ない｡そこで,筆者ら は今回,非破壊検査(ただしこの場合は放射線検査,超 音波探傷,磁粉探傷のみを対象とした)によf)検出され た欠陥をその大きさに従って係数を乗じたうえ,単位溶 描長当たりの欠陥発生率を求めて,品質を表わす基礎数 値とした(1)(8)｡この値は,厳密にいえば表面部のみを対 象とした磁粉探傷の場合と,内部欠陥までを対象とした 放射線検査,超音波探傷の場合とでは基本的に相異があ るし,また,ピードの幅,溶接厚さなどによっても修正 を加えなくてはならないが,本報に示す値はこれらの要 素による修正は加えていない｡ 第13図は,前主旨までに述べた管Jき‡乙法を採川した初期 における添払1｢l釈の推移の実例である｡この場合-■ll-1駅を 表示する韮礎数値は,単位長さ当たり検知された欠陥数 (欠陥の検出率)で求めたもので,2mm以￣Fの欠陥ほそ の脚数,2mInを超える欠陥については,2mmにつき 1個の割合で個数の換罪を行なっている｡各円のl血掛ま 主il位長さ当たりの欠陥数に比例し,初矧6箇月の平均を ヨ占に以後6箇月ごとの平均値との比較を示す｡ 図に見られるように,管理を開始した初婚jにおいて は,非常に鋭著な品質の向上が見られる｡欠陥検出率は 実施後1個年の間に1/3弱に減少している｡また,欠陥 の種別を見ると溶込み不良,クラックなどの減少が日だ つ,この種の欠陥は作業改善の結果即効的に働く要素が 多いためと考えられる｡ また,策14図は,第13図の内訳として.各検査種別 の欠陥検出率を示す｡放射線検査でほ初期において溶込 素材

l備考

科料 材材 試 験 確 認 開 先 検 査 射 線 (Ⅹ,r線) 浸 透 探 傷 磁 気 探

傷

超音波探傷 外 観 検 査

囁)

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/ ( ＼ (PUl) ＼_J

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_目Ll.2.l5.6

㌫器∵l去:咋…,12＋2l去‡引3＋4l喜‡喜l喜壬引その他

馴25憎品‡231馴Hl18-1331是

墓∃253411憎IAAW憎l25憎品‡23憎

/￣▲￣'､＼ /′￣￣■■■､､ (記)記録と照合(R)放射線検査(BC)ウラ′､ツリ(GM)開先部磁粉探傷 ＼､__/ ) ( (M)磁粉探鳥(PU)板の超音波探傷(U)超音波探傷1,2,3は各検査法の級別を示す ＼_J 第12図 溶接構造部品非破壊検査管理票の一例 その他 州※ 各期の欠陥発生比率 1.00 ブローホール Ⅵ=矧i朋子言縁6伸=j一己ミけ叶Jご･J 第13国 ノ小一llハ プロー･.トール その他 し / イニ し1･1･州汁描㌻f紺阿=1Zりノノ､‡竹+ 7､■ローホ･･ル ス ラ ブ 0.27 その他 八た汀 ブローホール クラック ポニ月旦開始後6∼12個f川】かJり三〕 ブローホール 0.11 スラグ 落込不良 与叩珊肘妾12､18仰†川口の平均 管理開始初期の溶接品質の推移 スラグ ござi一;主不1‡そ爪旭 スラグ クフ _ノク 丁芹込不1■ゝ スラグ7･u十ホール ブローーホール ースラソグ 〔うー1■j仰伽ほ6′-〉12仙=川小城J〕_{け川脱輪紘12一､一18仙川妄ト′ノ仰J〕} スラグ / 7ラ _{′ク.･■} / ー7 t7--ホール てラク フラ _ノク 〔即■担開始校12-､18佃JJ問の平均〕 〔甘雌榊絹6∼12仰川抑)平均〕 超井液探†妨検准 〔管理開始後6偶f‖1ilの平均〕 第14囲 管理開始初期における検査種別欠陥検出率の推移 (円の面債が単位長さ当たりの欠陥数に比例し,各検査種別,期別の比較値として示す)

非

破

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の

管

_理 1291 み不良,スラグなど大形の欠陥の検出率は高いが,1簡年後におい ては,これらの欠陥は極度に減少し,ブローホールが全体の70% を占め,これも強度を低下せしめるような密集発生はあまり見られ ず,安定した状態になっている｡ 超音波探傷においても,放射検査の場合と同様に,溶込み不良,き 裂など大形欠陥の減少が著しい｡特に継手強度を低【Fせしめるき裂

について,作業方案,素材鋼板の管理など一貫して改善に努めた効

果が見られる｡ 磁気探侮では,検査法自体が表面き裂を主対象とするため,全般 的にき裂の検出率は高いが,絶対値は大幅に減少している｡

5.結

口 以上,非破壊検査による溶接品質の管理について述べたが,現在 Vol.25 溶接の信頼度が高くなればなるほど,より高度の製品に対する応用 が要求される状況にある｡また以上の結果にも見られるように非破 壊検査は溶接の品質向上,維持のため不可欠の要素といえる｡今後 とも努力を重ね製品向上のかてとしたい所存である｡ 参 薯 文 献 (1)妹島:重電楼工場における溶接品質管理の実際,溶接界1 (2) (3) 月号,1964 日立製作所二 溶接部に対する非破壊検査適用基準,委員会 報告第531号 海野,瓜海,妹島:非破壊検査による溶接弧?l田常軌Il 立笹珪nて所｢t立工場研究報告,第1254号 日 立 造

船

技

報

No.1 ･三 角 形 ブ ラ ケ ッ ト の 圧 壊 敏 さ ･耐食アルミニウム合金加工硬化材のMIG溶接における 軟化域 ･波形炉筒 お よび鏡板接合部の強さ(第2報) -接合部の応力解析叫 ･原 油 燃 焼 の 前 処 理 法 (第1報) -ガラス器具による前処理試験-･主機ディーゼル校閲の振動および騒音(第1報) 一排気騒音を中心にした実船騒音計測結果-･高 バ ナ ジ ウ ム 鋼 の 研 削 条 件 ･国産ジンクリッチエポキシプライマの性能試験 ･8kW の ZcC 放 電 加 工 回 路 の 試 作 ‥…本誌に関する照会は下記に瞬います=… 日 _{立造船株式会社技術研究所} 大阪市此花区桜島北之町60 Vol.46 日 立

評

論

No.9 目 ･80∼100キ ロ 高張力鋼溶接割れに関する 研究 ･放射化分析法によるシリコソ中の重金属元素の挙動の検 討 ･エ _レ ベ ー タ 全 自 動 群 管 理 ･機 械 工 業 へ の 光 弾 性 の 応 用 ･ド ラ グシ ョ ベルフ ロ ント の衝撃応力につい て ･Ⅰ･B 制 御 の 応 用 ･電 気 匠 接 棟 に つ い て ･通 信 機 器 の 信 煩 性 ･HITAClO3電子計算システム用H-145形磁気テープ記 憶装置 ･P M ト ラ ン ジ ス タ に つ い て ･ト ラ ソ ジ ス タ 特 性 自 動 測 定 装 置 ･日 立 蒸 発 冷 却 送 信 管 ･セシウム137ガソマ線束の磁器による電子汚染の除去 次 ･3 心 ア ル ミ 被 OF ケ ー ブルの 2,3 _の特性 ･架橋化ポリエチレン椚層板および銅張石層板の特性につ いて エ作轢械特集 ･日立-VWF一ウェヅツエルテーブル形横中ぐりフライス 功諾 ･多 重 化 方 式 数 値 制 御 工 作 機 ･電 解 加 工 法 ･最 近 の ト ラ ソ ス フ ァ ー マ シ ソ ･抑圧駆動工作械 の ス テ ィ ック スリ ッ プ ･工 作 枚 械 の 基 礎 ･GHL-500S 形 平 面 研 削 盤 ･精解平面研削加工における問題点(研削温度) ･SCR に よ る プ レ ー ナ の 制 御 発行所 取 次店 日 立 評 論 社 東京都千代田区丸の内1丁目4番地 振 替 口 座 東京71824番 株式会社 オーム社 告店 東京都千代m区神旺1錦町3丁目1番地 振 替 口 座 東 京20018番